(57)【要約】【課題】  ＣＭＰ工程で使用されるドレッサにおいて、個体ばらつきを低減させ、長寿命化を実現するドレッサとその品質管理方法、また、研磨特性の安定性、再現性を向上させるＣＭＰ装置、さらに、ＣＭＰ装置を用いた高精度、高品位な半導体装置及びその製造技術を提供する。【解決手段】  半導体ウェハのＣＭＰ平坦化工程で使用されるドレッサの品質管理方法において、シート式の圧力センサ１を定盤２上に設置して、圧力センサ１上にドレッサ６の砥粒面を接触させ、圧力センサ１からの信号をコンピュータ５に取り込んで接触荷重値もしくは接触面積を演算処理し、その値をドレッサ６の品質管理値とする。これにより、ドレッサ６の切れ味を定量化し、個体ばらつきの低減や長寿命化を実現する。【選択図】  図１
2006269906.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウェハのＣＭＰによる平坦化工程で使用されるドレッサの品質管理方法であって、
シート式の圧力センサを定盤上に設置する工程と、前記圧力センサ上にドレッサの砥粒面を接触させる工程と、前記圧力センサからの圧力信号をモニタして情報処理装置を用いて接触荷重値もしくは接触面積を演算処理する工程とを含み、前記接触荷重値もしくは接触面積を所定の値で管理することを特徴とするドレッサの品質管理方法。
【請求項２】
半導体ウェハのＣＭＰ工程で使用されるドレッサの品質管理方法であって、
シート式の圧力センサを用いて第１の接触荷重値もしくは接触面積を測定し、所定時間ドレスを行った後に第２の接触荷重値もしくは接触面積を測定し、前記第１の測定値をａ、前記第２の測定値をｂとし、（ａ−ｂ）／ａを所定の値で管理することを特徴とするドレッサの品質管理方法。
【請求項３】
半導体ウェハのＣＭＰ工程で使用されるドレッサの品質管理方法であって、
シート式の圧力センサを用いて測定した接触荷重値もしくは接触面積について少なくとも２回測定荷重を変化させて測定し、１回目の測定荷重をｃ、前記１回目の測定荷重の接触荷重値もしくは接触面積をｄ、２回目の測定荷重をｅ、前記２回目の測定荷重の接触荷重値もしくは接触面積をｆとして、（ｄ−ｆ）／（ｃ−ｅ）を所定の値で管理することを特徴とするドレッサの品質管理方法。
【請求項４】
半導体ウェハのＣＭＰ工程で使用されるドレッサの品質管理方法であって、
シート式の圧力センサを用いて接触荷重値もしくは接触面積を測定し、前記接触荷重値もしくは接触面積からドレッサのドレスレートを推定し、推定したドレスレートを所定の値で管理することを特徴とするドレッサの品質管理方法。
【請求項５】
半導体ウェハの製造工程で使用されるＣＭＰ用ドレッサの製造方法であって、
台金にダイヤモンド砥粒を仮固着した後、シート式の圧力センサを用いて接触荷重値もしくは接触面積を測定し、前記接触荷重値もしくは接触面積を所定の値で管理し、所定の値を満足したドレッサを次工程に投入することを特徴とするＣＭＰ用ドレッサの製造方法。
【請求項６】
半導体ウェハの製造工程で使用されるＣＭＰ用ドレッサであって、
台金にダイヤモンド砥粒を仮固着した後もしくは固着層を所定の厚さにした後、シート式の圧力センサを用いて接触荷重値もしくは接触面積を測定し、前記接触荷重値もしくは接触面積が所定の値で管理されていることを特徴とするＣＭＰ用ドレッサ。
【請求項７】
請求項６記載のＣＭＰ用ドレッサにおいて、
前記管理されている接触荷重値もしくは接触面積を品質保証データとして盛り込んだ仕様書が添付されていることを特徴とするＣＭＰ用ドレッサ。
【請求項８】
半導体ウェハの平坦化工程で使用されるＣＭＰ装置であって、
シート式の圧力センサを用いて測定した接触荷重値もしくは接触面積で管理されたドレッサを用いていることを特徴とするＣＭＰ装置。
【請求項９】
半導体ウェハに形成された被加工層をＣＭＰ装置を用いて平坦化研磨する半導体装置の製造方法であって、
ＣＭＰ装置に装着されたドレッサをシート式の圧力センサを用いて接触荷重値もしくは接触面積を測定し、前記接触荷重値もしくは接触面積から前記ドレッサのドレスレートを推定し、前記ドレッサの荷重を含むドレス条件の設定やドレッサの交換時期を判定することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
半導体ウェハに形成された被加工層をＣＭＰ装置を用いて平坦化研磨する半導体装置の製造方法であって、
シート式の圧力センサを用いてドレスレートが管理されたドレッサをＣＭＰ装置に装着して、素子分離や層間絶縁膜の平坦化、金属膜の配線を含む加工層を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
半導体ウェハ上に第１の絶縁膜が形成され、前記第１の絶縁膜上に選択的に配線層が形成され、前記第１の絶縁膜を有する前記配線層上に第２の絶縁膜が形成され、前記第２の絶縁膜がシート式の圧力センサを用いて測定した接触荷重値もしくは接触面積で管理されたドレッサを用いたＣＭＰ装置で平坦化研磨されていることを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体集積回路の基板上に形成した層間絶縁膜や金属膜等の凹凸を平坦に加工するＣＭＰ（化学機械研磨：Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）技術に関し、特に、研磨パッドの表面を目立てするドレッサとその品質管理方法並びにそれを用いた半導体装置とその製造方法に適用して有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体装置の高集積化、高速化の進展は著しく、今やギガビットの容量を有する半導体装置の生産が行われつつある。このようなギガビット級の半導体装置では、ディープサブミクロンの配線形成が必要にも拘わらず、三次元的な配線構造であるため、ウェハ表面の凹凸が著しい傾向にある。したがって、このようなディープサブミクロンを指向した多層配線を形成するために、露光工程における焦点深度マージンを確保するためにウェハの表面を平坦にする技術が要求されている。
【０００３】
このようなウェハ全面にわたる平坦化技術の切り札として登場したのがＣＭＰ技術であり、最先端の半導体装置の製造には不可欠な技術となっている。ＣＭＰ技術は、従来のシリコンウェハの研磨技術を基本として発展したものであり、その概要について以下に述べる。ＣＭＰは、発泡ポリウレタン製の研磨パッドを回転する定盤に貼りつけて、スラリーと呼ばれる研磨液を滴下しながら研磨パッドにウェハ表面を押し付けて、ウェハも回転させることによりパターンの凸部を選択的に研磨する方法である。
【０００４】
しかし、上記した研磨パッドは、その表面に加工屑や反応生成物などが目詰まりして表面が平滑化し易く、ウェハの処理枚数が多くなると研磨速度にばらつきが生じることが知られている。そこで、研磨速度を極力一定に保つために、ドレッサと呼ばれるダイヤモンド砥石をパッドに押し付けて、パッド表面層を削り除去して再生する方法が一般に良く知られている。なお、パッドのドレッシングについては非特許文献１に記載されている。
【０００５】
このようなＣＭＰに用いられるドレッサは、円盤あるいはカップ型の台金にダイヤモンド砥粒を電着あるいは反転電着したものが主に使用される。このようなドレッサは、ダイヤモンド砥粒の粒度分布や形状及び結晶方位などに依存したドレス性能の個体ばらつきが生じ易く、ひいては研磨レートのばらつきやドレッサの寿命ばらつきが大きいという課題があった。
【０００６】
従来、ドレッサの管理方法としては、ドレッサの製造工程において最終の出荷前検査として実際に研磨パッドをドレッシングして、ドレッサのドレスレート、すなわちドレッサの切れ味である単位時間当たりのパッド研削量を定量化していた。この方式は多大な労力を必要とするため、全数検査には限界があり、抜き取り検査を実施していた。また、出荷検査の値は、実際のＣＭＰプロセス条件と異なるため、実機のＣＭＰ研磨特性との相関が得られないなどの課題があった。
【０００７】
そこで、特許文献１に記載されているように、ドレッサ機構に検知器を設定して、その出力値を計測し、出力値からドレス荷重が所定の値となるようにドレス荷重を制御する方法などが開示されている。
【特許文献１】特開２００１−７９７５２号公報
【非特許文献１】株式会社工業調査会発行、「半導体ＣＭＰ技術」、土肥俊郎編、２００１年１月１０日発行、ｐｐ５４−５６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、前記特許文献１のような機構をＣＭＰ装置に設置するには大幅な装置の改造を要し、多大な費用が必要となるなどの課題があった。
【０００９】
また、従来のＣＭＰ用ドレッサは個体ばらつきが大きいため、これを用いたＣＭＰ装置は、研磨レートやウェハ面内の研磨量均一性などの研磨特性の再現性が得られにくいという課題があった。
【００１０】
さらに、上記したように従来のＣＭＰ装置は研磨特性の再現性に劣るため、半導体装置を製造する際に、常に研磨レートやウェハ面内の研磨量均一性などの研磨特性について品質管理を行う必要があり、多大な労力と費用が必要であった。但し、従来の品質管理には限界があるため、製品の歩留りが低いという課題があった。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、ＣＭＰ工程で使用されるドレッサにおいて、個体ばらつきを低減させ、長寿命化を実現するドレッサとその品質管理方法を提供することにある。
【００１２】
また、本発明の他の目的は、研磨特性の安定性、再現性を向上させるＣＭＰ装置を提供することにある。さらに、前記ＣＭＰ装置を用いた高精度、高品位な半導体装置及びその製造技術を提供することにある。
【００１３】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００１５】
（１）本発明のＣＭＰ用ドレッサの品質管理方法は、シート式の圧力センサを定盤上に設置して、圧力センサ上にドレッサの砥粒面を接触させ、圧力センサからの信号を情報処理装置に取り込んで接触荷重値もしくは接触面積を演算処理し、その値をドレッサの品質管理値とするものである。
【００１６】
ここで、シート式の圧力センサの圧力検出原理は、２枚のフィルム状のシートに行電極と列電極が一定の間隔でマトリックス状に配置され、電極の上に感圧導電性インキが薄膜形成されている。センシング部以外に粘着剤を塗布し、２枚のシートを貼り合わせることにより、行と列電極の交点が個別の力検出点（以下、センサセルと呼ぶ）となる。このセンサセルは、無負荷時において電気抵抗は無限大である。シート面に力が加えられると、センサセルが圧縮され、力に反比例して抵抗値は下がる。
【００１７】
そこで、各センサセルの電気抵抗の変化を２５６段階のデジタル値に変換してコンピュータに取り込み、演算処理して各センサセルに対応した２次元もしくは３次元の接触荷重値の分布や接触面積を表示する。なお、１枚の圧力センサ内に２２８８個のセンサセルがある。接触荷重値の定義は、これら各センサセルの出力値の合計値を示す。同様に、接触面積の定義は、力を検出している各センサセルの面積の合計値を示す。
【００１８】
なお、前記接触荷重値もしくは接触面積は、後述するようにドレッサの切れ味を示すドレスレートと相関があることを見出している。したがって、接触荷重値もしくは接触面積を所定の値で管理することは、間接的にドレスレートの管理を意味する。
【００１９】
（２）本発明のドレッサの品質管理方法は、シート式の圧力センサを用いて第１の接触荷重値もしくは接触面積を測定し、所定時間ドレスを行った後、第２の接触荷重値もしくは接触面積を測定し、第１及び第２の測定値の変化率を算出する。ここで、変化率の定義は第１の測定値をａ、第２の測定値をｂとすると、（ａ−ｂ）／ａとした。後述するように、前記変化率とドレッサの寿命は相関があることを見出している。したがって、前記変化率を所定の値で管理することは、間接的にドレッサの寿命を管理することを意味するものである。
【００２０】
（３）本発明のドレッサの品質管理方法は、シート式の圧力センサを用いて少なくとも２回測定荷重を変化させて測定し、接触荷重値もしくは接触面積の荷重依存性を測定する。ここで、荷重依存性の定義は、１回目の測定荷重をｃ、この１回目の測定荷重の接触荷重値もしくは接触面積をｄ、２回目の測定荷重をｅ、この２回目の測定荷重の接触荷重値もしくは接触面積をｆとして、（ｄ−ｆ）／（ｃ−ｅ）とした。後述するように、前記荷重依存性とドレッサの切れ味を示すドレスレートとは相関があることを見出している。したがって、前記接触荷重値もしくは接触面積の荷重依存性を所定の値で管理することは、間接的にドレスレートの管理を意味するものである。
【００２１】
（４）本発明のドレッサの品質管理方法は、シート式の圧力センサを用いて接触荷重値もしくは接触面積を測定する。次に、あらかじめ別途接触荷重値もしくは接触面積とドレッサの切れ味を示す単位時間あたりの研磨パッドの削り量であるドレスレートとの関係を求めておいて、前記接触荷重値もしくは接触面積からドレスレートを推定するものである。
【００２２】
（５）本発明のドレッサの製造方法は、ドレッサの製造工程において台金にダイヤモンド砥粒を仮固着した後、もしくは所定の厚さに固着した後、シート式の圧力センサを用いて接触荷重値もしくは接触面積を測定して、ドレッサを検査する工程を含み、接触荷重値もしくは接触面積が所定の値を満足したドレッサを次工程に投入するものである。
【００２３】
（６）本発明のドレッサは、ドレッサの製造工程において台金にダイヤモンド砥粒を仮固着した後、シート式の圧力センサを用いて接触荷重値もしくは接触面積を測定して、前記接触荷重値もしくは接触面積が所定の値で管理されたドレッサである。さらに、管理されている接触荷重値もしくは接触面積を品質保証データとして盛り込んだ仕様書が添付されている。
【００２４】
（７）本発明のＣＭＰ装置は、シート式の圧力センサを用いて接触荷重値もしくは接触面積を所定の値で管理したドレッサをＣＭＰ装置に装着してウェハを研磨し、素子分離、配線層間、Ａｌ、Ｃｕ配線形成やＷプラグ形成などを行うＣＭＰ装置である。
【００２５】
（８）本発明の半導体装置の製造方法は、ウェハを平坦化研磨するＣＭＰ装置において、シート式の圧力センサを用いて接触荷重値もしくは接触面積を所定の値で管理したドレッサを用いて研磨パッドの目立てを行い、素子分離工程や層間絶縁膜の平坦化工程や金属膜の配線工程などを行うものである。
【００２６】
（９）本発明の半導体装置の製造方法は、ウェハを平坦化研磨するＣＭＰ装置において、シート式の圧力センサを用いて接触荷重値もしくは接触面積を計測し、前記接触荷重値もしくは接触面積からドレスレートを推定することにより、ドレッサの荷重条件を設定して素子分離や層間絶縁膜の平坦化や金属膜の配線形成などを行うものである。また、前記接触荷重値もしくは接触面積からドレスレートを推定し、推定したドレスレートが所定の管理値以下の場合、ドレッサの寿命と判断してドレッサの交換を行うものである。
【００２７】
（１０）本発明の半導体装置は、半導体ウェハ上に第１の絶縁膜が形成され、前記第１の絶縁膜上に選択的に配線層が形成され、前記第１の絶縁膜を有する前記配線層上に第２の絶縁膜が形成され、前記第２の絶縁膜がシート式の圧力センサを用いて測定した接触荷重値もしくは接触面積で管理されたドレッサを用いたＣＭＰ装置で平坦化研磨されているすべての半導体装置である。
【発明の効果】
【００２８】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
【００２９】
本発明によれば、ドレッサの品質管理が簡便で、しかも精度良く可能になるため、ドレッサの製造が安定すると共に品質が向上する。また、ドレッサの切れ味であるドレスレートが実際に研磨パッドを削ることなく予測が可能であるため、ドレッサの出荷検査もしくは受け入れ検査を簡便に行うことができ、しかも検査精度が向上する。また、前記品質が良好で、個体ばらつきの小さいドレッサをＣＭＰ装置に装着することにより、ＣＭＰ装置の研磨特性及びその再現性が向上する。さらに、前記研磨特性及びその再現性が向上したＣＭＰ装置を用いることにより、半導体装置を高精度に、しかも効率良く、低コストに生産することができるなどの効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００３１】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１を、図１〜図５を用いて説明する。
【００３２】
図１は、半導体ウェハのＣＭＰ平坦化工程で使用されるドレッサの品質管理方法の概要を示す。
【００３３】
図１（ａ）において、シート状の圧力センサ１は、Ａｌ製の定盤２の上に設置し、コネクタ３及びインターフェース４を介してコンピュータ５に接続されている。ここで、定盤２の材質として、Ａｌの他にＣｕなどの金属や、ガラス、セラミックスを用いても良い。また、本構成に最も近い装置として、特開平１１−１１８６３３号公報及びニッタ株式会社から圧力分布測定システムＩ−ＳＣＡＮが発売されており、ここではＩ−ＳＣＡＮ装置を用いた。なお、圧力センサ１の仕様はセンサ部サイズ１１２ｍｍ×１１２ｍｍの呼称１００とした。
【００３４】
測定を開始する前の初期設定として、センサの感度調整、圧力スケールの調整、ノイズ閾値の設定や圧力センサ１の各センサセルの反応性を均一にし、センサセル間の誤差をなくすためのイクイリブレーション及びセンサにかかる圧力を具体的な圧力単位で表示するためのキャリブレーションを行う。
【００３５】
次に、図１（ｂ）に示すように、定盤２の上に設置された圧力センサ１の測定面にＣＭＰ用ドレッサ６の砥粒面を対向するように載せる。ここで、ドレッサ６はダイヤモンド砥粒の粒度１００番、砥粒をＮｉ電着で保持した外径１００ｍｍ、ダイヤモンド砥粒固定面の幅１０ｍｍのカップ型を用いた。
【００３６】
さらに、図１（ｃ）に示す様にドレッサ６の上に所定の荷重７を載せ、所定の時間保持した後に圧力分布を測定する。ここでは、荷重７として２ｋｇ、保持時間を６０秒に設定した。
【００３７】
図２は、ドレッサ圧力分布の測定結果の一例を示す。縦軸は接触荷重値や接触面積などを表示させることが可能であり、ここでは接触荷重値を測定した。前記した外径１００ｍｍ、ダイヤモンド砥粒を固定したリング幅１０ｍｍのドレッサに対応した圧力分布が測定可能である。本サンプルの場合、接触荷重値１．２９ｋｇが得られた。
【００３８】
図３は、ドレッサ１０個のサンプルについて、上記と同様に測定した接触荷重値とドレスレートの測定結果を示す。例えば、サンプル１の測定結果は、接触荷重値が１．２９ｋｇ、ドレスレートが６．４２μｍ／ｍｉｎとなった。
【００３９】
以下、ドレスレートの測定方法について詳述する。
【００４０】
図４は、ドレスレートを測定するための研磨装置８を示す。研磨装置８のドレス定盤９に研磨パッド１０を貼り付ける。ＣＭＰ用ドレッサ６は、保持具１１に固定され、所定の荷重を負荷すると共に、純水１２を滴下しながらドレス定盤９と共に回転させ、所定の時間ドレッシングを行う。ここで、ドレッシングの条件は、定盤の直径２００ｍｍ、定盤回転数は１６６ｒ／ｍｉｎ、ドレッサの外径１００ｍｍ、ドレッサ回転数は１００ｒ／ｍｉｎ、純水の供給量は２５ｍｌ／ｍｉｎとした。研磨パッド１０はニッタハース製のＩＣ１０００を用いた。
【００４１】
次に、研磨パッドの厚さの測定方法は、ディジタルデプスゲージ（ミツトヨ製）を用いて、研磨パッドの半径方向に１０点測定して、その平均値を算出した。ドレスレートの測定は、ドレス時間１０分を３回繰り返して行い、それぞれドレッシング前後の研磨パッド厚さの差を測定し、その平均値をドレス時間で割り算して求めた。
【００４２】
図５は、上記した１０個のサンプルについて、接触荷重値とドレスレートとの関係を示す。図５において、横軸にドレスレート、縦軸に接触荷重値をプロットすると、接触荷重値とドレスレートは負の相関関係にあることが分かる。また、上記した本実施の形態の場合、相関係数は約０．９であることが確認された。したがって、図５に示した接触荷重値とドレスレートの関係を予め求めておけば、同一仕様のサンプルについては、実際に研磨パッドをドレッシングすることなく、接触荷重値を測定するだけでドレッサの切れ味であるドレスレートの値が予測できる。ここで、ドレスレートの目標値を５〜７μｍ／ｍｉｎとすると、接触荷重値の管理値は１．１８〜１．４４ｋｇとなる。
【００４３】
以上述べたように、本実施の形態により、シート式の圧力センサ１を用いて接触荷重値を測定するだけで、ドレッサ６の切れ味であるドレスレートが推定可能であるため、予めドレッサをスクリーニングできることが分かった。したがって、個体ばらつきの小さいドレッサのみを半導体ＣＭＰ装置に装着することが可能なため、ＣＭＰ平坦化工程の安定性・再現性の向上が期待できる。
【００４４】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２を、図６、図７を用いて説明する。
【００４５】
本実施の形態では、半導体ウェハのＣＭＰ工程で使用されるドレッサにおいて、２回の接触荷重値とその変化率及びドレッサ寿命の関係を示す。前記実施の形態１と同様に、シート式の圧力センサを用いて第１の圧力分布を測定し、次に所定時間ドレッシングを行った後、第２の圧力分布を測定する。ここでは、所定のドレッシング時間として６０分経過後とした。また、ドレッシング方法及びドレッシング条件は、前記実施の形態１と同様に行った。ここで、第１の接触荷重値１をａ、第２の接触荷重値２をｂとして、前記ａとｂの変化率をｃとすると、ｃ＝（ａ−ｂ）／ａ×１００（％）で定義した。
【００４６】
図６に、２回の第１の接触荷重値ａ及び第２の接触荷重値ｂと、その変化率ｃ及びドレッサ寿命の測定結果を纏めて示す。ここで、ドレッサ寿命の定義は、半導体ウェハのＣＭＰ平坦化工程において、研磨レートやウェハ面内の均一性が所定の規格値を満足せず、ドレッサの交換が必要と判断された時点までの使用時間とした。
【００４７】
図７は、上記した接触荷重値ａ及び接触荷重値ｂとし、それらの変化率ｃとドレッサ寿命との関係を示す。ここでは、ドレッサ寿命の目標値を２０時間以上に設定すると、変化率ｃの管理値は≧７％であることが分かる。
【００４８】
以上述べたように、シート式の圧力センサを用いて接触荷重値を少なくとも２回測定し、その変化率を算出することにより、ドレッサの寿命を予測できることが分かった。したがって、前記した変化率を所定の値（ここでは≧７％）で管理することにより、一部のドレッサで見られる僅かなダイヤモンド砥粒が突出して作用することに起因した一時的にドレスレートが高いばらつき現象を解消することができる。これにより、ドレスレート及び寿命特性の安定したドレッサを予め選定することが可能となる。
【００４９】
なお、本実施の形態では圧力分布の測定は２回行ったが、２回以上実施しても良い。
【００５０】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３を、図８〜図１０を用いて説明する。
【００５１】
本実施の形態では、測定荷重と接触荷重値の関係を示す。前記実施の形態１と同様に、シート式の圧力センサを用いて圧力分布を測定する。ここで、少なくとも測定荷重を２回変化させて圧力分布を測定する。ここでは、測定荷重として、最も小さい荷重である、ドレッサの自重（約６００ｇ）と、一般的に用いられるドレス荷重である１及び２ｋｇについて測定した。
【００５２】
図８は、ドレスレートの異なる２個のドレッサ（サンプルＡ、Ｂ）を用いて、測定荷重として上記したドレッサの自重、荷重１ｋｇ及び荷重２ｋｇそれぞれについて圧力分布を測定して、測定荷重と接触荷重値との関係を示したものである。図８において、測定荷重と接触荷重値はほぼ比例関係にあることが確認された。
【００５３】
また、図８で求めた測定荷重と接触荷重値の相関を示す直線の傾きをδと定義する。すなわち、この直線の傾きδは、１回目の測定荷重をｃ、この測定荷重の接触荷重値をｄ、２回目の測定荷重をｅ、この測定荷重の接触荷重値をｆとした場合に、（ｄ−ｆ）／（ｃ−ｅ）の値である。この直線の傾きδとドレスレートは、図９に示すように負の相関関係にあることを見い出した。したがって、測定荷重と接触荷重値の相関を示す測定荷重依存性（δ）を測定することにより、ドレッサの切れ味であるドレスレートの値を予測することができる。
【００５４】
図１０は、ドレッサの使用時間に対するドレスレートの時間推移を示し、初期のドレスレートとドレッサ寿命と判断された時点でのドレスレートの値を示す。図１０において、初期のドレスレートが小さいと急激にドレスレートが低下する傾向がある。その結果、ドレッサ寿命が短いという問題がある。一方、初期のドレスレートが大きい場合、使用時間が経過しても比較的高いドレスレートを維持する傾向がある。しかしながら、ドレスレートが大きいため、研磨パッド表面に加工している溝が急激に消失する。その結果、パッド寿命が短いという問題がある。
【００５５】
そこで、ドレスレートの適正範囲を５〜７μｍ／ｍｉｎとすると、前記した図９において測定荷重と接触荷重値との相関を示す直線の傾きδは、０．６２〜０．８２が適正範囲となる。この値を管理値とすることにより、ドレスレート及び寿命特性の安定したドレッサを選定することが可能となる。
【００５６】
（実施の形態４）
本発明の実施の形態４を、図１１を用いて説明する。
【００５７】
本実施の形態では、ＣＭＰ用ドレッサの製造工程において、シート式の圧力センサによる圧力分布測定器を用いてドレッサを検査する工程を含むドレッサの製造工程を示す。
【００５８】
図１１において、まずステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）を旋盤加工により所定形状の台金を作製する（Ｓ１）。ここでは、外径１００ｍｍ、ダイヤモンド砥粒固定面の幅１０ｍｍのリング形状をした台金を作製した。そして、ダイヤモンド砥粒固定面を残して、表面を絶縁テープ及び塗料でマスキングする（Ｓ２）。
【００５９】
次に、台金のアルカリ脱脂洗浄を行い、下地メッキ層を形成した後、ダイヤモンド砥粒を単層仮固定するための一次電着を行う（Ｓ３）。ここで、余剰のダイヤモンド砥粒を払い落とし、前記実施の形態１と同様にシート式の圧力センサを用いて圧力分布を測定する。
【００６０】
次に、接触荷重値が所定の管理値を満たすかどうかの合否判定を行う（Ｓ４）。ここで、接触荷重の管理値は前記実施の形態１で述べた１．１８〜１．４４ｋｇとした。不合格の場合は、ニッケル剥離剤によりダイヤモンド砥粒を除去して（Ｓ５）、再度、一次電着工程に回して接触荷重値が管理値内に入るまで、この手順を繰り返す。
【００６１】
また、接触荷重値が合格したサンプルは、二次電着工程で所定の厚さまで電着する（Ｓ６）。そして、所定の厚さまで電着した後に仕上げを行い（Ｓ７）、最後の最終検査を経て（Ｓ８）、ドレッサの製造工程が完了する。
【００６２】
例えば、従来のドレッサの製造工程では、製造工程の途中でドレッサの性能をフィードバックすることができないため、製造ばらつきが大きく、しかも完成して初めて検査するため、不合格品の再生には多大な時間と労力を必要とするという問題があった。
【００６３】
これに対して、本実施の形態により、製造工程の途中でドレッサの性能をフィードバックすることが可能となり、個体ばらつきが小さいドレッサの製造が可能であると共に、不良品の再生が不要なため、製造コストの大幅な削減が可能となった。また、前記した接触荷重値を出荷前の検査データとして購入仕様書に添付することにより、ドレッサ製品の品質保証が可能となる。
【００６４】
（実施の形態５）
本発明の実施の形態５を、図１２〜図１４を用いて説明する。
【００６５】
本実施の形態では、半導体装置の製造工程における平坦化プロセス、例えば多層配線工程における層間絶縁膜を平坦化するためのＣＭＰ装置１３に、前記実施の形態１で述べたシート式の圧力センサを用いた圧力分布測定法により選択したドレッサの適用例を示す。
【００６６】
図１２は、ＣＭＰ装置を示す。このＣＭＰ装置１３は、研磨パッド１０が表面に貼着された回転可能な研磨定盤１４と、研磨パッド１０に対向配置された回転可能なウェハ支持具１５にウェハ１６が保持されている。ウェハ１６と研磨パッド１０との間に研磨粒子及び加工液からなるスラリ１７を供給しながらウェハ１６と研磨パッド１０とをそれぞれ回転させ、ウェハ１６を化学及び機械の複合作用によって研磨する方式である。
【００６７】
なお、研磨粒子としては、例えばシリカ（ＳｉＯ2）系、酸化セリウム（ＣｅＯ2）系などの粒子が適宜使用されている。加工液としては、例えば無機アルカリのＫＯＨベース又はＮＨ4ＯＨベースの水溶液が適宜使用されている。このようなＣＭＰ平坦化プロセスでは、研磨パッド１０として、例えばポリウレタン等の樹脂発泡体から構成される。
【００６８】
ここで、研磨パッド１０の表面及び内部には、発泡による微小な穴が多数形成されている。この穴は、発泡時に球状に形成され、３０〜６０μｍ程度となっている。研磨加工中において、研磨パッド１０の表面には反応生成物や研磨粒子、研磨屑などが穴や表面に堆積するために目詰まりし易くなっている。ウェハ１６を研磨する場合、研磨パッド表面が目詰まりするとウェハ面内の研磨量均一性や研磨速度を低下させる一因となる。
【００６９】
一般に、パッド表面の目詰まりを除去するため、研磨パッド１０の表面を一層削り、新たに表面を出すドレッシングと呼ばれる作業が適宜行なわれる。このドレッシングはウェハの研磨と同時に実施する場合と、ウェハは研磨しないで、ドレッシングのみを実施する場合がある。一般に、研磨と同時にドレッシングを実施する同時ドレス法が良く用いられている。この場合、ドレッサの使用時間の経過に伴いダイヤモンド砥粒が摩耗するため、ドレス能力が低下する。このドレス能力の低下に伴い、研磨特性の変動、すなわち研磨レートの低下やウェハ面内の研磨量均一性が悪化する問題が生じる。
【００７０】
そこで、図１３に示すように、前記実施の形態１と同様に、ＣＭＰ装置１３において研磨パッド１０の上にシート式の圧力センサ１及び定盤２をセットし、接触荷重値を測定する。次に、接触荷重の測定値よりドレッサ６の切れ味であるドレスレートを予測する。ここで、接触荷重値とドレスレートとの関係は、前記実施の形態１で述べた図５の相関関係を用いた。この予測したドレスレートに基づいて、研磨条件やドレス条件を適正化する。ドレス条件としては、ドレス荷重の適正化やドレス時間の調整を行う。
【００７１】
なお、図１３に示したリング型ドレッサにおいて、ドレス荷重とドレスレートとの関係を測定した結果を図１４に示す。図１４において、ドレス荷重とドレスレートは、ほぼ直線関係にあるため、ドレス荷重を変更することにより任意のドレスレートに制御できる。但し、ＣＭＰ装置１３のドレス荷重条件には上限があるため、ドレス荷重が最大値を超える場合は、ドレッサの寿命と判定する必要がある。
【００７２】
そこで、次に、ドレッサ寿命の判定方法について述べる。平均ドレスレートを５μｍ／ｍｉｎに設定すると、図１４よりドレス荷重は５ｋｇに設定する必要がある。ここで、ＣＭＰ装置１３のドレス荷重の最大値が１０ｋｇとする。ドレス荷重とドレスレートは前記したように、ほぼ直線関係にあるため、最大荷重１０ｋｇにおける最小ドレスレートは２．５μｍ／ｍｉｎとなる。ここで、ドレスレートが２．５μｍ／ｍｉｎとなる接触荷重値は、図５に示したドレスレートと接触荷重値との関係から約１．８ｋｇとなる。そこで、接触荷重値が１．８ｋｇ以上に達した時は、ドレッサの寿命と判定し、ドレッサの交換作業を行う。
【００７３】
本実施の形態により、ドレッサのダイヤモンド砥粒が摩耗してドレス能力が変動しても、その都度ドレスレートを予測してドレス条件の適正化を行う。具体的には、ドレス荷重などのドレス条件にフィードバックすることで、常に一定のドレスレートを保つことが可能になる。したがって、ドレスレートの変動に起因した研磨特性の変動を抑制することができるため、半導体装置を安定して製造することができる。その結果として、半導体装置の生産性が向上すると共に製品の歩留りが向上するため、大幅なコスト低減が可能となる。
【００７４】
なお、本実施の形態では、シート式の圧力センサは外付けで用いたが、ＣＭＰ装置内に同様の機能を持たせても良い。
【００７５】
（実施の形態６）
本発明の実施の形態６を、図１５を用いて説明する。
【００７６】
本実施の形態では、前記実施の形態５で述べたドレッサの切れ味が管理されたＣＭＰ装置を用いて、半導体装置の製造を行う方法を説明する。
【００７７】
図１５は、半導体装置の製造方法において、製造途中の半導体装置の要部断面を示す。図１５（ａ）において、ウェハ１６の表面上に第１の層間絶縁膜１８が成膜されており、第１の配線層を形成するために、５００ｎｍのＡｌ膜を成膜し、これをフォトリソグラフィー及びドライエッチング方法を用いてパターニングを行い、図１５（ａ）に示した第１の配線層１９を形成する。
【００７８】
続いて、図１５（ｂ）に示すように、第１の配線層１９と露出している第１の層間絶縁膜１８の表面上に、第２の層間絶縁膜２０として膜厚１０００ｎｍのシリコン酸化膜を成膜する。この後、図１２に示したような、シート式の圧力センサを用いた圧力分布測定器により選別したドレッサ６を用いたＣＭＰ装置１３にウェハ１６をセットし、これを動作させ、ＣＭＰ法による第２の層間絶縁膜２０の平坦化を行う。これにより、図１５（ｃ）に示すように、第１の配線層１９の表面上に第２の層間絶縁膜２０が残る構造を得ることができる。
【００７９】
続いて、図１５（ｄ）に示すように、第２の配線層２１は、Ａｌ膜を成膜し、前記したフォトリソグラフィー及びドライエッチング方法を用いてパターニングを行うことにより形成される。ここで、第２の層間絶縁膜２０は第１の配線層１９上に形成されているため、第１の配線層１９と第２の配線層２１との間は、所望の耐圧に保つことが可能となる。
【００８０】
なお、上記した実施の形態は、配線層間の絶縁膜の平坦化にＣＭＰプロセスを適用した例について述べたが、本工程を含み、この他のトランジスタを形成する素子分離工程や、タングステンプラグの形成工程、Ｃｕ配線形成工程など、ＣＭＰを適用した半導体装置の製造プロセス全般に適用することができる。
【００８１】
（本発明に対する比較例１）
本発明に対する比較例１を、図１６を用いて説明する。
【００８２】
本比較例では、前記実施の形態１で述べた定盤２の上に比較的柔らかい材料として研磨パッド１０を貼り付けて、研磨パッド１０の上にシート式の圧力センサ１を載せた。次に、前記実施の形態１と同様に接触荷重値を測定した結果を図１６に示す。図１６において、接触荷重値とドレスレートとは相関が認められず、ドレッサの品質管理方法としては適用できないことが分かった。
【００８３】
（本発明に対する比較例２）
本発明に対する比較例２を、図１７を用いて説明する。
【００８４】
本比較例では、従来のドレッシング方法及び条件によりドレッサメーカにて測定した出荷検査データと、前記実施の形態１と同様に測定した接触荷重値との相関を図１７に示す。図１７において、出荷検査データと接触荷重値とは相関が認められず、ドレッサの品質管理方法としては適用できないことが分かった。
【００８５】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【００８６】
例えば、前記各実施の形態においては、ドレッサの圧力分布を測定する際に、接触荷重値を測定した場合を例に説明したが、これに限らず、接触面積などを測定することによっても同様に適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
本発明は、半導体デバイスウェハのＣＭＰ平坦化工程で使用されるドレッサ及びその品質管理方法に係わり、ドレッサの製造工程もしくは最終工程における検査方法としてシート式圧力センサを用いたドレッサの品質管理方法に利用される。また、半導体デバイスウェハの平坦化ＣＭＰ装置に本発明によるドレスレートが管理されたドレッサを装着し、かつＣＭＰ装置上にてドレッサの切れ味を定量化し、ドレス条件にフィードバックする方法として利用される。さらに、上記したドレッサ及びＣＭＰ装置は、半導体装置の製造工程に適用され、半導体装置の品質、歩留り向上や低コスト化に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】（ａ）〜（ｃ）は本発明の実施の形態１において、半導体ウェハのＣＭＰ平坦化工程で使用されるドレッサの品質管理方法の概要を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態１において、ドレッサ圧力分布の測定結果の一例を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１において、ドレッサ１０個のサンプルにおける接触荷重値とドレスレートの測定結果を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態１において、ドレスレートを測定するための研磨装置を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態１において、ドレッサ１０個のサンプルにおける接触荷重値とドレスレートとの関係を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態２において、２回の接触荷重値とその変化率及びドレッサ寿命の測定結果を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態２において、２回の接触荷重値の変化率とドレッサ寿命との関係を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態３において、ドレスレートの異なる２個のドレッサを用いて測定した測定荷重と接触荷重値との関係を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態３において、ドレスレートと接触荷重値の測定荷重依存性との関係を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態３において、ドレッサ使用時間とドレスレートとの関係を示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態４において、ドレッサの製造工程のフローを示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態５において、ＣＭＰ装置を示す図である。
【図１３】本発明の実施の形態５において、ＣＭＰ装置上でシート式の圧力センサを用いたドレッサの品質管理方法を示す図である。
【図１４】本発明の実施の形態５において、ドレス荷重とドレスレートとの関係を測定した結果を示す図である。
【図１５】（ａ）〜（ｄ）は本発明の実施の形態６において、半導体装置の製造方法における製造途中の半導体装置の要部断面を示す図である。
【図１６】本発明に対する比較例１において、ドレスレートと接触荷重値との関係を示す図である。
【図１７】本発明に対する比較例２において、ドレスレートと接触荷重値との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００８９】
１…圧力センサ、２…定盤、３…コネクタ、４…インターフェース、５…コンピュータ、６…ドレッサ、７…荷重、８…研磨装置、９…ドレス定盤、１０…研磨パッド、１１…保持具、１２…純水、１３…ＣＭＰ装置、１４…研磨定盤、１５…ウェハ支持具、１６…ウェハ、１７…スラリ、１８…第１の層間絶縁膜、１９…第１の配線層、２０…第２の層間絶縁膜、２１…第２の配線層。
【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図２】
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